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吸湿排汗纤维及其产品开发简述
2009-11-17 来源: 印染在线  点击次数：1778  

关键字： 吸湿排汗纤维及其产品开发简述   
全国染整新技术应用推广协作网 杨栋梁
一、吸湿排汗纤维的吸水和放水性能
纤维的吸湿排汗性能取决于其化学组成和物理结构形态。从皮肤表面蒸发的气态水分首先被纤维材料吸收 (即吸湿，然后经由材料表面放湿；而皮肤表面的液态水分由纤维内部的孔洞 (毛细管、微孔、沟槽，以及纤维之间的空隙所产生的毛细效应使水分在材料间表面的吸附、扩散和蒸发(即放湿。两种作用的结果导致发生了水分迁移，前一种作 用主要与纤维大分子的化学组成有关，后一种作用则与纤维的物理结构形态有关。
吸湿排汗纤维一般具有较高的比表面积，表面有众多的微孔或沟槽，其截面一般为特殊的异形状，利用毛细管效应，使纤维能迅速吸收皮肤表面湿气与汗水，通过扩散、传递到外层蒸发。
(1)纤维的吸水性
吸湿排汗纤维具有吸水性的特征，是纤维表面有许多内外沟通的微孔或原纤维间隙和表面沟槽，使得水分容易进入纤维间。同时，沿着纤维轴方向不少管状的沟槽或 毛细管，为水分的迁移提供通道，因此纤维有良好的吸水性。吸水之后也不出现像棉那样因吸水而膨润的现象，吸湿排汗纤维的导湿性能可从图l的比较中体现

图l吸湿排汗纤维(Coo1plus)与棉、涤纶和尼龙的水扩散性比较
(2)纤维的干燥性
聚酯纤维间的水分主要依靠大量的微孔毛细管引力被纤维握持，或者机械地保持在纤维间的毛细管中，在正常环境温度下水分容易输送到纤维表面而挥发掉，吸湿排汗纤维的快干性能可如图2的比较体现。

二、吸湿排汗涤纶的生产方法简介
由于涤纶纤维是一种结晶性很高的纤维，分子主链中没有亲水性基团，因此呈疏水性，吸湿排汗很差，以致应用受到了限制，服装穿着透湿性差，有闷热感，又有静电易于积累引起的种种麻烦。纵观吸湿排汗涤纶纤维的研究开发，主要是通过物理和化学改性，或两者结合方法实施。
(1)特殊异形纤维
由改变喷丝孔形状是提高纤维导湿性是简单、直观和行之有效的方法。主要在异形纤维的纵向产生许多微细的沟槽，纤维通过这些沟槽的芯吸效应起到吸湿排汗的作用，如图3所示。

美国杜邦公司生产的"Coolmax"涤纶纤维，其截面为独特的扁十字形，纤维表面纵向成四个槽，其表面积比常规圆形截面大20%，故排汗功能优于常规涤纶纤维。
(2)聚合物共混或复合纺丝
将含亲水基的聚合物与涤纶切片共混纺丝，同时用特殊设计的异形喷丝板生产吸湿排汗纤维。
将涤纶切片和亲水性聚合物，用纺皮芯复合的异形的吸湿排汗纤维。通常将亲水性聚合物为复合纤维的芯层，而涤纶为皮层。亲水性聚合物一般是聚醚改性聚酯和/或亲水性改性的聚酰胺。两种组分分别发挥吸湿和导湿作用，这样的复合纤维有吸湿、导湿的作用，达到吸湿排汗的功效。
(3)接技共聚
通过接技共聚方法，在大分子结构内引入亲水基团，以增加纤维吸湿排汗功能。通常是引入羧基、酰胺基、羟基和氨基等，增加对水分子亲和性。在原料改性的同时，还要有适当的纺丝工艺，使纤维具有多孔结构和更大的比表面积等。
日本东洋纺开发的会呼吸的涤纶织物"Ekslive"，它是通过将聚丙烯酸酯粉末 (称谓神秘粉末)，与涤纶混合纺丝获得吸湿排汗功能，通过吸湿排除热量，改善涤纶织物的饱和吸水性，据称2002年销售额20亿日元约400万米，产品 60%为机织布，35%为针织布。而Komatsu Serien公司将蚕丝化合物接枝在涤纶纤维上，产生吸水排汗涤纶纤维。
从目前吸湿排汗涤纶纤维工业化情况看来，主要是利用物理方法，纺"+"、"Y"和"T"三种异形纤维，在其表面还有数量不等的微细沟槽，以利加强导湿排汗功能。
三、吸湿排汗纺织品的开发与应用前景
早在 1982年初，日本帝人公司就开始研究吸水性涤纶纤维，其研制的中空、微多孔纤维在1986年申请了专利。1986年美国杜邦公司首次推出名 为"Coo1max"的吸湿排汗涤纶纤维，由它制成的衣料，洗后30分钟几乎已完全(98%)干燥，夏季穿着能保持皮肤干爽。1999年杜邦公司结合研发 的低药剂量用快干特性的专利技术，推出升级换代Coolmax Alta系列布料。
与此同时，台湾省一些纤维生产厂商也相继投入了吸湿排汗涤纶纤维的开发以及其相关吸湿排汗功能的产品开发。
兹将己知吸湿排汗聚酯纤维的生产厂与商品名称列表如表1所示。
表 l

当前吸湿排汗聚酯纤维品种己形成功能性系列化，今以台湾省中兴纺织生产的Coolplus"产品为例，其系列商品如下:
Coolplus吸湿排汗纤维
CoolplusⅡ吸湿排汗抗起毛起球
Coolplus Skintect吸湿排汗抗紫外线
Coolplus Freshplus吸湿排汗抗菌防臭
Coolplus Whileplus吸湿排汗超自
Coolplus Micro 吸湿排汗细旦
Coolplus CD 吸湿排汗双色调
Coolplus Black 吸湿排汗黑色
Coolplus XO 吸湿排汗异型异纤度
其中CooIplusⅡ又有POY长丝(115D/48F、210D/96F)、变形丝PTY(75d/48F、I50D/96F)、短纤 (1.4d/38mm)和20支(短纤纯纺)30支 (T/C)、40支(CVC)纱等品种。
目前，吸湿排汗聚酯织物主要用于运动服、休闲服、内衣、外套、袜类、手套、胸罩、护膝、帽子、毛巾等方面，据称也可用于土工布等方面，应用前景阔广。又报导说，于2002年开始加拿大国防军己采用杜邦公司Coolmax作为士兵的保暖内衣原料。
有消息称，如美国的"Nike"、欧洲的"Puma"和日本的"Uniqlo"和"Daiwabo"等著名运动服生产商，对吸湿排汗纤维已表示出浓厚的兴 趣。据称，1999年在奥地利Dorubim召开的国际人造纤维会议报导中指出1997年美国运动服市场销售达550多亿美元，欧洲为350多亿美元，日 本为120多亿美元，其它地区总和约为120多亿美元的市场消费量。在上述各市场中，纺织品占总额42%、鞋类占22%、运动器材占36%。据业内专家预 测，至2001年休闲服引导运动服市场的增长率可达30%以上，而吸湿排汗纤维将在运动服和休闲服上获得
充分应用的机遇。
吸湿排汗纤维的用途广泛，有纯纺，也可与棉、毛、丝、麻及其他化纤和合纤混纺或交织；可机织，也可针织，由它开发的纺织品，使人们憋受到干爽和舒适的感觉，有良好开发前景。
四、吸湿排汗织物的性能
l、吸湿排汗织物的水滴的扩散和干燥性
常规涤纶、聚酰胺、棉和CoolplusⅡ四种纤维的水滴吸收扩散面积和其干燥能力的比较，如图4所示。

2、具有深染性能
由于吸湿排汗聚酯纤维表面有凹凸状呈狭细沟槽，能使入射光多次漫射被纤维吸收，减少反射光，结果导致深染性大为增加，提高染色鲜明度和深染性，可以图5示意。

3、低起毛起球性
CoolplusⅡ经NaOH5-7g/L，l00-12O℃处理30分钟精练后，随着碱处理聚酯纤维会损失部分的重量 (类似碱减量)纤维的强度也有所降低，其抗起毛起球性能可达3级如图6
所示。

基于以上原因，CcoolplusⅡ的组织规格设计时应适当紧密些。防止精练后，织物过于疏松，同时，根据日本化学纤维检查协会测定Panapack/棉混纺织物与聚酯/棉混纺织物的抗起毛起球性能比较如图7所示。

关于吸湿排汗织物的基本指标要求，一些专业测试机构认为是织物滴水 (0.02m1)后20秒要完全扩散，以水滴扩散面积要大于1000mm2；并要求织物滴水后，在正常环境条件下40 分钟内，织物上残余水分须低于20%。（？）[本小节可能数字有误]
此外，吸湿排汗涤纶织物与常规涤纶织物比，其手感柔软悬垂性优良，质地较轻盈，以及良好的干爽触感。
吸湿排汗涤纶纤维是利用纤维表面微细沟槽形成的众多毛细管，使人体表面的湿气和汗水，由与人体接触的纤维的毛细管的芯吸作用迅速转移到外层纤维，使内层 (与皮肤接触的)保持干爽感。有人称这种功能谓呼吸性，因而由吸湿排汗涤纶织物号称谓会呼吸的织物。从而使常规涤纶穿着不舒适和闷热感等缺陷得到了基本上 的改观。吸湿排汗涤纶纤维为开拓用于运动服，休闲服等讲究舒适性的服饰方面奠定了坚实的基础。吸湿排汗织物完全符合当前服装面料向舒适、健康和安全功能方 面发展的要求。可以预测，随着人们对吸湿排汗涤纶纤维的认可，它将很快取代部份常规涤纶纤维的市场占有率，但吸湿排汗涤纶纤维的发展速度与其功能性水平有 关，当然，性能/价格比的作用也不容忽视。
五、吸湿排汗织物染整加工中的若干问题
吸湿排汗织物 (纯纺和混纺)的染整加工工艺技术，基本上可参照常规涤纶和涤棉混纺织物的工艺流程和技术条件。不过吸湿排汗涤纶纤维的特殊结构形态必须保证不会受到损伤，否则就会影响产品的性能，主要关注的问题是:
1、吸湿排汗涤纶纤维主要是异形纤维，且大多数表面又有微细沟槽结构，同一纤度的表面积比常规园形纤维大20-30%，因此，在前处理中高温的碱处理要慎重考虑。
2、基于上述同样原因，分散染料染色时的上染较快;因此，与棉混纺织物要染得良好的同色性，对原来染棉 (或染涤纶)的处方必须作适当的调整。
3、吸湿排汗织物柔软处理时，不宜采用具有疏水性的品种，否则会影响织物的芯吸作用，致使降低其吸湿排汗功能，纯纺和混纺的织物经吸湿排汗剂整理后，其吸湿排汗性可益
臻上乘，同时要选用具有耐久性的品种为好。
4、新推出的吸湿排汗剂主要是一种水分散性聚酯为主组分的复配物，这种助剂开发的源头可追溯到上世纪的60-70年代由英国lCI公司首先推向市场的 Permalose，其中Permalose T用于涤纶织物，Pemalose TG，用于涤棉混纺织物。为了配合吸湿排汗织物的掀起，吸湿排汗整理剂应运而生，是原来老品种的新用途的开发应用呢，还是水分散性为主组分的新复配产品暂 时无法断定。
水分散性聚酯是对苯二甲酸 (乙二酯)与聚环氧乙烷的嵌段共聚物，其示意式如下:

上述嵌段共聚物的分子量一般小于30000，其中聚环氧乙烷的分子量约为1000左右。视嵌段共聚物的分子量大小、熔点为50-6O℃左右，易分散于水中成分散体，浓度高时则呈凝胶状。
上述分散嵌段共聚物分子结构中具有与涤纶纤维分子结构相同的苯环，在高温时，由于分子链活动两者的苯环容易产生分子间的结构(π电子)，形成牢固的锚点，便亲水性的聚环氧烷链段被锚牢在涤纶纤维的表面，使涤纶纤维由原来的疏水性表面变成耐久的亲水性表面。
水分散性嵌共聚物的应用方法，有轧烘焙工艺和高温浸渍工艺两种：前者需 160-170℃热处理3-5分钟，后者需130℃处理30分钟。织物上的施加量(以有效活性成分计)为1-1.5%左右。处理效果以高温浸渍工艺较好且效果稳定。
经吸湿排汗整理后，除能明显提高吸湿排汗功能外，尚有抗静电和易去污效果。
六、结语
吸湿排汗纤维的开发，从资料上看来己从单一的物理改性向物理化学改性万向发展，以致出现了性能更高新纤维。例如:美国杜邦公司由Coolmax发展 Ccoolmax AIta，日本东洋的Ekslive，台湾中兴公司由Coolplus发展成Hydrosoft，随着新的吸湿排汗纤维的出现，推动了高性能的吸湿排汗产 品的开发和推广应用。预示着这类产品的良好开发前景，值得我国合纤生产和科研部门和纺织品新产品开发部门关注。
参考文献
1、徐晓辰，吸湿排汗聚酯纤维的开发及应用，合成纤维，2002，31(6)9/12
2、林克久，仑敷公司的吸汗速干素材特性介绍，纺织速报，2002，(10)45/48
3、陈迸来，舒适、健康和安全功能性面料开发趋势，全国服装用高新面料开发研讨会论文集，2002，4(上海)
4、有关网上信息
(1)2001织布会刊28期 新世代吸湿排汗纤维Coo1plus
(2)200I织布会刊30期 新吸湿排汗纤维Hydrosoft
(3)中国纺织工业研究中心织布部 李美惠 可呼吸聚酯织物开发经纬及其特性(2001/09/28)
(4)DuPont Coolmax*: Sports Authority Press Release
(5)New UV Protection Rating System for Coolmax* and Coolmax* Aita Performance Fibrics
(6)Coolmax AltaTM HigH Tech-performance with comforable，Nature feel
(7)DuPont Coolmax*: Retailers & Designers News Coolmax* ALta
5、有关公司产品介绍资料